Steirisches Start-up will Tesla von Elektro-Bremse überzeugen

Elektromechanische Bremsen sind in der Automobilindustrie seit Jahren Thema. Sie sind wartungsarm, reagieren schneller und können dabei helfen, Energie zu sparen. Hydraulische oder pneumatische Bremsen ganz ersetzen konnten die Systeme, bei denen die Bremskraft von einem kleinen Elektromotor erzeugt wird, bisher aber nicht. Das liegt daran, dass bei vielen Konzepten die Kraft für die Vorderräder, die den Großteil der Bremsbelastung tragen, nicht ausreicht.

Gescheitert seien elektromechanische Bremsen bisher aber auch am Widerstand der Automobilindustrie, die sich nicht von etablierten Produktionslinien und Einkommensströmen lösen wollte, sagt Marcel Alper, Geschäftsführer des steirischen Start-ups Greenbrakes. "Wir bekommen die Bremskraft ohne Probleme zusammen, weil wir einen anderen mechanischen Ansatz verfolgen", sagt Alper, der 2018 gemeinsam mit Michael Putz das Start-up gründete.

Tesla setzt auf veraltetes System

Ausgehend von Nischenmärkten hat man vor allem Elektroautos und selbstfahrende Fahrzeuge im Visier. Die Gründer wollen dabei hoch hinaus. „Greenbrakes würde zu Tesla wie die Faust aufs Auge passen", sagt Alper: Bei den Fahrzeugen des US-Herstellers würden derzeit nämlich noch herkömmliche elektrohydraulische Bremsen zum Einsatz kommen. „Das passt einfach nicht in solch ein zukunftsorientiertes elektrisches Fahrzeug."

Putz, der Erfinder und das technische Hirn hinter der Entwicklung, arbeitet seit mehr als zehn Jahren an einer solchen elektromechanischen Bremse. Bisher scheiterte es vor allem an der Vermarktung. Daher habe man das Konzept nun grundlegend in Richtung extremster Vereinfachung verändert. Damit kann man zu vernünftigen Kosten in die Serienfertigung kommen, sagt Alper.

Bei der Entwicklung des Start-ups werden die Bremsbeläge von einem Elektromotor über ein zweistufiges Getriebesystem an die Bremsscheibe gedrückt. Die Übersetzung verläuft dabei nicht-linear. In der Anfangsphase, wenn geringe Kraft benötigt wird, bewegen sich die Bremsbeläge schneller. Danach langsamer mit hoher Kraft aber immer im optimalen Wirkungsbereich des Elektromotors. Daraus ergibt sich die richtige Bremskraft zum richtigen Zeitpunkt.

Zentral ist auch die Steuerungselektronik, die die Bremsenparameter und die Motorposition für die gewünschte Bremswirkung zu jedem Zeitpunkt exakt berechnet. Eine physische Verbindung - wie etwa über Ventile bei der Hydraulik - zwischen Bremspedal und Bremse besteht bei dem elektromechanischen System nicht mehr. Das Pedal liefert nur noch das elektronische Signal.

Viele Vorteile

Ein derartiges System habe viele Vorteile, sagt Alper. Komplexe Systeme, wie sie von hydraulischen und pneumatischen Bremsen benötigt werden, fallen weg. Stattdessen gebe es nur einen Elektromotor und Kabel in die Bordelektronik. Das bedeute weniger Teile und weniger Wartung. Auch Bremsschläuche und Öl, das eingefüllt und entsorgt werden müsste, entfallen. "Das wirkt sich positiv auf den Umweltschutz aus."

Dazu kommt, dass bei elektromechanischen Bremsen auch das Restschleifen verhindert wird. Anders als bei hydraulischen und pneumatischen Bremsen, bei denen die Bremsbeläge nie ganz von der Bremsscheibe abheben, sorgt der Elektromotor aktiv für das vollständig Abheben. Dadurch entstehe weniger Feinstaub und es werde auch weniger Treibstoff verbraucht. Pro Kilometer können 6 Gramm CO2 eingespart werden, sagt Alper. Bei Elektroautos könne durch das aktive Abheben der Bremsbeläge die Reichweite um 10 bis 20 Prozent erhöht werden.

Elektromechanische Bremsen hätten auch wesentlich schnellere Reaktionszeiten, so der Greenbrakes-Geschäftsführer: Hydraulische Bremsen müssten erst den Druck für den Bremsvorgang aufbauen. Bei uns wird zu diesem Zeitpunkt schon das Rad blockiert." Realisierbar seien 70 Millisekunden bis zur Vollbremsung. Im Vergleich dazu brauchen herkömmliche Bremssysteme 200 bis 300 Millisekunden. Das kann ein lebensrettender Vorteil sein.

Start in Nischenmärkten

Zum Einsatz kommen sollen die innovativen Bremsen des steirischen Start-ups zunächst in Nischenmärkten, etwa bei Landmaschinen. Dabei arbeitet Greenbrakes mit dem oberösterreichischen Hightech-Unternehmen STIWA zusammen, das große Automobilkonzerne, darunter VW, mit Komponenten beliefert.

Gemeinsam mit STIWA sollen zunächst Prototypen für Landmaschinen in die Serienproduktion übergeleitet werden. Der Markteintritt sei im Agrarumfeld leichter möglich, sagt Josef Brandmayr, Geschäftsführer von STIWA Advanced Products. Erste Serienteile will STIWA bereits im nächsten Jahr an ausgewählte Kunden ausliefern. Wenn sich die Produkte bewähren, könnten sie auch in der Automatisierungstechnik und im Automobilbereich zum Einsatz kommen, sagt Brandmayr.

Aufwendige Zulassungsverfahren

Die Zusammenarbeit mit dem weltweit tätigen Zulieferer hat auch einen weiteren Grund. Die aufwendigen Zulassungsverfahren, die üblicherweise 2 bis 3 Jahre dauern würden, könnten kleine Firmen nicht alleine stemmen, sagt Alper. Auch mit Herstellern in den USA und Kanada wird an der Überleitung von Greenbrakes-Prototypen in die Serienproduktion gearbeitet. Alper rechnet dort Ende 2022 mit ersten marktreifen Produkten für Trailer.

Elektroautos und autonome Fahrzeuge

Über die Nischenmärkte will Greenbrakes in den Automobilmarkt vordringen. Das größte Potenzial rechnet sich der Greenbrakes-Geschäftsführer bei Elektroautos und speziell bei selbstfahrenden Fahrzeugen aus. "Da wollen wir unbedingt rein.“ Optimale Rekuperation und schnelle Notbremsung sind dort Hauptthemen und genau das sind die Stärken jeder elektromechanischen Bremse. Daher wolle man auch einen Kontakt zu Tesla aufbauen.

Beim Partner STIWA sieht man das ähnlich: "Der Weg in Richtung Elektromobilität und autonomes Fahren ist vorgezeichnet", sagt Brandmayr. Klassische Bremssysteme seien dafür nicht mehr ideal. Elektromechanische Bremsen würden darüber hinaus auch bei der digitalen Steuerung Möglichkeiten bieten, die mit Pneumatik und Hydraulik nicht erreicht werden könnten - etwa bei der Geschwindigkeit der Ansteuerung und dem Zusammenspiel mit Fahrerassistenzsystemen.

Dieser Artikel entstand im Rahmen einer Kooperation zwischen futurezone und aws (austria wirtschaftsservice).

„Bis Neues probiert wird, dauert es“

Die Elektrifizierung biete der Automobilindustrie viele Vorteile, sagt Annette Mütze, Professorin am Institut für Elektrische Antriebstechnik und Maschinen an der Technischen Universität Graz. Viele Teile seien im Prinzip verschleißfrei und wartungsarm. „Ein Elektromotor ist sehr robust.“ Auch bei elektrischen Bremsen würden viele Probleme entfallen - etwa Komplikationen mit Schläuchen oder Bremsflüssigkeiten. Fragen würden sich aber im Zusammenhang mit den Kosten und der Ausfallsicherheit stellen. „Was ist, wenn die Elektrik plötzlich ausfällt?“

Innovationen hätten es in der Automobilindustrie aber generell nicht leicht, meint die Expertin. Die Hersteller würden sich zwar gerne als hochmodern verkaufen, intern seien die Abläufe aber hochkompliziert.  Weshalb lange an bewährten Lösungen festgehalten werde: „Bis etwas Neues ausprobiert wird, dauert es“, sagt Mütze.

Kostendruck

Das habe damit zu tun, dass der Kostendruck und die Anforderungen an die Sicherheit der Fahrzeuge enorm seien. Dazu komme, dass in Autos kleinste Details aufeinander abgestimmt seien. „Wo welche Komponente platziert ist, beeinflusst das Gesamtsystem, wie z.B. die Fahrdynamik.“ Bewähren könnten sich neue Lösungen vor allem über Nischenmärkte, meint die Professorin: „Sie sind ein Experimentierfeld.“ Über Kleinserien könne leichter Neues ausprobiert werden.

Falls es nicht klappe, sei der Schaden auch nicht so groß. Gesamtgesellschaftlich sieht Mütze aber sehr wohl einen Trend zu mehr Offenheit für neue Lösungen. Der wirke sich auch auf die Automobilindustrie aus. Vor 20 Jahren sei es der Traum von 18-Jährigen gewesen ein eigenes Auto zu besitzen, sagt Mütze: „Das interessiert heute wenige, dafür hat aber die Akzeptanz für Carsharing zugenommen.“